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肿瘤是全球死亡的主要原因之一。据估计,在亚洲/太平洋地区国家,肿瘤每年造成3.6万人死亡(或占总死亡人数的13%),其中肺癌为肿瘤主要致死原因,平均占20个亚洲国家肿瘤死亡率的19%;其中中国是肺癌发病率相对较高的国家之一。据报道,肺癌作为全球最常见的可致死性肿瘤,在2008年有161万新发病例和138万死亡病例。国际肿瘤研究会预测,在未来二十年内全球因肿瘤及相关疾病死亡人数可能增至超过1300万。因此,在未来的几十年里,肿瘤极有可能在许多国家仍然是一个重要的公共卫生问题。肿瘤的干预治疗仍然面临着许多挑战。比如,尽管-宫颈癌若早期发现可以治愈,但目前的治疗方法仍难以治愈肺癌。通过研究不同类型肿瘤的分子和细胞生物学特征,以及它们发生和发展的常见分子生物学途径机制,可以帮助我们找到肿瘤相关生物标志物和筛选方法,并且有利于我们更有效地对肿瘤进行诊断,治疗及评估患者预后。为此,医学工作者进行了大量研究,并已经发现了一些有研究前景的肿瘤生物标志物。对肿瘤进行更准确具体的分类,从而达到肿瘤的早期发现,个体化、普遍化、有效化治疗,这些生物标记物的潜在应用一直是肿瘤治疗的关键点和难点。
Jakmip1是最近鉴定出的与神经退行性病变,视网膜病变和克罗恩病相关的基因。但是,到目前为止,没有任何文献报道Jakmip1表达和肿瘤进展之间的关系。鉴于目前许多肿瘤没有特异性的生物标志物应用于临床以及目前发现的生物标记物的局限性,我们仍然需要不断探寻新的潜在肿瘤生物标志物,并将其用于肿瘤筛查,早期诊断,治疗以及预后评估。寻找新基因的表达与肿瘤发展的关系就显得尤其重要。如果我们能通过研究找到Jakmip1影响肿瘤发展的机制,Jakmip1很可能会在不久的将来成为新的肿瘤标记物。
因此,本次实验我们在肺腺癌细胞系A549和宫颈癌Hela细胞系两个体外模型中,对Jakmip1进行了过度表达,以探求其对肿瘤发展的影响。本次研究的具体目的如下:
(1)Jakmip1高度表达是否与肿瘤相关的信号通路有关(Hela细胞系模型);
(2)Jakmip1上调对于肿瘤细胞的体外增殖,凋亡,迁移和侵袭能力等肿瘤进展相关事件的影响(Hela和A549模型);
(3)我们挑选了增殖细胞核抗原(PCNA),β-连环蛋白BCL2相关X蛋白(BAX)这几种细胞信号通路蛋白,并通过对这些蛋白表达方式的检测来研究Jakmip1影响上述过程的相关机制。
首先我们对肺癌和正常组织的组织芯片进行了免疫组化染色,以检测Jakmip1蛋白表达水平,之后进一步通过组织蛋白印迹Western blotting对配对的肿瘤和正常样本中Jakmip1蛋白的表达进行了验证。之后,我们构建了Jakmip1重组质粒,并分别对宫颈癌细胞系Hela细胞和肺腺癌细胞系A549进行了瞬时转染、稳定转染。为了检测Jakmip1过度表达是否能够激活肿瘤相关信号通路,我们对瞬时转染的Hela细胞进行了双荧光素酶报告基因分析。我们进行了CCK8细胞增殖和细胞毒性实验,以了解Jakmip1上调如何影响肿瘤细胞的体外生长。此外,我们也用克隆形成实验,验证CCK8法检测的结果。鉴于细胞周期事件对细胞增殖发挥重要作用,我们有必要进一步研究过度表达后的Jakmip1在细胞周期中的可能作用点。因此,我们对处理后的细胞进行了碘化丙啶(PI)染色,并用流式细胞仪来分析2个细胞系DNA的含量。细胞增殖分裂和死亡的失衡是肿瘤发生的常见机制。这样,细胞程序性死亡或称凋亡对肿瘤的发生就显得非常重要。因此,本研究中,我们在人工诱导凋亡后,对Jakmip1过表达的细胞进行了DAPI(4,6-diamino-2-phenylindole)染色,以探讨Jakmip1过表达后对于细胞凋亡的影响。肿瘤的危险生物学行为之一是其迁移侵袭能力,因此,我们进行了transwell小室实验,以检测Jakmip1上调对于细胞侵袭迁移能力的影响。鉴于以上实验结果,我们有必要继续探索Jakmip1在肿瘤进展中的具体机制。因此,我们又用免疫印迹法检测了Jakmip1表达上调细胞中增殖,凋亡,迁移和侵袭相关蛋白的表达水平。
结果:免疫组织化学染色的结果表明Jakmip1在肿瘤细胞和相应的正常组织中有差异性表达。Jakmip1蛋白表达在肿瘤细胞比正常非肿瘤组织要高,52%的肿瘤样本中Jakmip1蛋白在细胞浆中强阳性表达,但正常样本仅27%呈强阳性表达。Westernblot验证了这一结果,60%左右的配对样本显示Jakmip1在肿瘤组织中的表达高于正常组织。信号通路报告基因分析的结果显示,Jakmip1高度表达与Wnt基因/βcatenin信号通路激活相关。CCK8细胞增殖实验结果显示,Jakmip1表达上调组细胞增长速度比对照组快。在试验组和对照组之间的增殖率有显着差异性(P<0.05)。细胞毒性实验也表明,Jakmip1上调组比对照组增殖能力强,进一步证明了Jakmip1促进细胞生长的潜力。克隆形成实验的结果是巩固了以上结论。高表达Jakmip1的细胞系克隆数目明显多于对照组。细胞周期检测结果显示,在实验组中处于S期和G1期细胞分别占43%和42%,而对照组S期、G1期细胞分别占27%和66%,这说明Jakmip1高表达有助于细胞向S期转化。在细胞凋亡检测结果显示,Jakmip1上调细胞对于顺铂诱导的细胞凋亡抵制能力强于对照组。Jakmip1上调细胞系比对照组中细胞凋亡的百分比与显着降低(P<0.05)。迁移和入侵检测,结果显示Jakmip1过度表达会抑制这些过程。对照组的Transwell膜以及细胞外基质的凝胶迁移的细胞数显著高于实验组(Jakmip1高表达)。
Jakmip1激活后可能是通过增强βcatenin的表达实现Wnt基因信号通路活性的增强。而异常的Wnt/βcatenin信号通路激活与许多肿瘤相关。这样,也就阐明了Jakmip1促进肿瘤细胞增殖的机制之一。类似地,Jakmip1通过G1/S期生长检查点的调控,使得细胞逃避了G1/S点监测而直接进入S期,从而提高了细胞增殖能力。另一方面,Jakmip1以PCNA为靶点,提高PCNA表达,通过相关途径增强了细胞生长能力。同时,从高表达的Jakmip1细胞显示出的生长优势,可以看出Jakmip1也具有增强细胞活性的作用,。Jakmip1抑制凋亡是通过内源性凋亡通路关键蛋白BCL2相关X蛋白(BAX)实现的。Jakimp1的过表达下调了BAX蛋白质水平很有可能是Jakmip1抵抗人工诱导细胞凋亡的机制。Jakmip1过表达抑制迁移和侵袭与β连环蛋白(βcatenin)表达水平相关。βcatenin是一种与细胞核、细胞质相连的蛋白,βcatenin在一定阈值内的高度表达非常关键,这些βcatenin大部分穿梭到细胞核中行驶转录共激活功能,也有一些存在于细胞质中加强细胞连接以及抑制随后的细胞迁移活动。
综上所述,我们有理由认为Jakmip1过表达可通过促进肿瘤细胞生存,增强细胞活性和增殖能力密切影响肿瘤发展过程。然而,在肿瘤转移中,Jakmip1可能作为一种抑制因素起作用。本次研究结果表明Jakmip1可能作为一种重要的促增殖蛋白以βcatenin.为靶点参与了Wnt信号通路,参与了肿瘤细胞的转移。而异常的Wnt信号通路与许多肿瘤过程相关。综上,这项研究工作的结果为进一步研究Jakmip1蛋白质活性与肿瘤相关性奠定了坚实基础。未来,Jakmip1很可能作为生物标志物,在肿瘤的早期诊断,有效治疗,预后评估这些方面起到重要作用。因此,Jakmip1和肿瘤进展的关系值得我们继续进行更深入的研究。